Солнечные часы

Юлианский календарь

Продолжительность суток определяется вращением Земли вокруг своей оси, а нам кажется, что Солнце восходит и заходит. Сложность при составлении календаря связана с тем, что год длится не целое количество дней, а примерно 365,25 дня. В 15 году до п. э. Юлий Цезарь решил эту проблему и ввел календарь, в котором за тремя годами, но 365 дней следовал 366-дневный високосный год.

Папа Григорий XIII с глобусом

Поначалу к юлианскому календарю претензий не было, но постепенно стало ясно, что год длится на 11 минут меньше, чем посчитали. Эта погрешность была устранена в 1582 г. папой Григорием XIII, издавшим указ, согласно которому день 5 октября следовало считать 15 октября. В противном случае календарные даты все больше и больше не совпадали бы с определенными временами года. Чтобы исключить такую погрешность в будущем, он также распорядился вековые годы считать високосными лишь тогда, когда они делятся на 400 без остатка. Этот григорианский календарь по-прежнему используется в западных странах.

День и ночь были самыми короткими периодами времени, известными нашим далеким предкам. Более точное времяисчисление появилось около 4000 года до и. э., когда древние египтяне разбили время суток на часы. Первым хронометром были солнечные часы, состоящие в основном из столбика-указателя (гномона), который втыкался в землю таким образом, чтобы отбрасывать тень на шкалу с часовыми делениями. Когда солнце двигалось по небосклону, тень от гномона перемещалась по шкале и показывала время.

Древнегреческие водяные часы

Главный недостаток солнечных часов заключался в том, что ими нельзя было пользоваться в ночное время и в пасмурные дни. Эту проблему в конечном итоге удалось решить около 1500 года до и. э., когда египтяне изобрели клепсидру, или водяные часы. Простейший вид таких часов представлял собой сосуд с маленьким отверстием в нижней части. Залитая в сосуд вода медленно вытекала через отверстие, а уровень воды относительно размеченной шкалы показывал истекшее время.

Солнечные часы

Для отсчета времени также широко использовали горящую свечу. Зарубки на воске показывали, сколько прошло часов с момента зажжения свечи.

Механические часы

Первые механические часы появились в Европе около 1275 г., однако имя изобретателя нам не известно. Подвешенный на веревке груз вращал колесо, приводившее в действие механизм часов, который каждый час издавал звон. Вскоре у часов появились стрелки и циферблат.

Важная деталь часов - регулятор хода, устройство, ограничивающее скорость механизма за счет пошагового вращения зубчатого колеса. Регулятором хода управляет таймер, обеспечивающий нужную скорость хода часов.

Ход старинных механических часов регулировался "фолиотом" - балансиром, состоявшим из крепящейся на вертикальном стержне поперечины с противовесами на обоих концах. Балансир раскачивался взад-вперед, его колебания передавались на регулятор хода, и тот регулировал скорость вращения механизма.

Часы с боем

Около 1330 г. в Италии были созданы часы с боем, в которых количество ударов соответствовало каждому часу. А примерно в 1475 году были изобретены часы с пружинным заводом. Это привело к разработке портативных часов, что было нереально для механизмов с гирями.

До XVI века часы имели только одну, часовую, стрелку. Доли часа можно было определить лишь приблизительно. Это устраивало большинство людей. Но астрономы нуждались в более точной регистрации своих наблюдений. В результате появились часы с минутной, а некоторые даже с секундной стрелкой. Часы, ход которых регулировался фолиотом, шли неточно, но с появлением в XVII веке маятниковых часов точность времяисчисления значительно улучшилась.

Точность маятникового механизма

В 1580-е гг. итальянский физик и астроном Галилео Галилей (1564-1642) открыл изохронность колебаний маятника. В 1641 году он составил план использования маятника для регулирования хода часов, но через год умер, и лишь в 1649 году его сын Винченцо и слесарь по имени Балестри. наконец, сделали часы Галилея. Более совершенная конструкция таких часов была разработана голландским ученым Христианом Гюйгенсом в конце 1650-х гг., благодаря чему маятник зарекомендовал себя точным регулятором хода, а суточная погрешность часов снизилась с нескольких минут до десятка секунд.

Другой вид регулятора хода часов был создан в 1658 г., когда Роберт Хук изобрел пружину балансира, или волосковую пружинку. Эта топкая винтовая пружина крепилась к так называемому балансиру. Пружина поочередно закручивалась и раскручивалась в зависимости от направления движения балансира. Это движение позволяло управлять регулятором хода. Главное преимущество балансира по сравнению с маятником заключалось в том, что на его работу гораздо меньше влияло перемещение часов. Так стало возможным изготовление меньших по размеру и более точных карманных и наручных часов.

К началу XVIII ст. новые географические открытия и, как результат, расширение мировой торговли привели к резкому увеличению количества длительных морских путешествий. Для успешного плавания морякам необходим был точный метод определения местонахождения своего судна. Сложнее всего было определять долготу - число градусом к востоку или западу от Гринвичского меридиана. Для этого требовались точные часы, показывающие время по Гринвичу (Англия). Но качка судов нарушала работу маятника, а часы с балансирным регулятором хода шли неточно в условиях экстремальных температур, негативно сказывающихся на работе тонкой волосковой пружины.

Награда за точность

Данная проблема была настолько серьезной, что в 1714 г. правительство Англии установило награду в 20 тысяч фунтов стерлингов тому, кто сможет, предложить метод точного определения долготы во время мореплавания. При этом требуемая точность была настолько высокой, что если бы речь шла о часах, их суточная погрешность не должна была превышать трех секунд в течение шести недель. Награда досталась плотнику Джону Гаррисону, сконструировавшему несколько хронометров - точных часов для целей мореходства. В 1760 т. в конкурсе победила его четвертая модель. Во время одного мореплавания погрешность его часов составила лишь 54 секунды за 156 дней, Гаррисон нашел способ, при котором колебания температуры изменяли эффективную длину волосковой пружины, обеспечивая автоматическую компенсацию ранее имевшихся погрешностей.

Источник sciencetechnics.com  Фото magazine.sharereactor.ru

Добавить комментарий
Имя:
Заголовок:
BBCode:
Комментарий:

Powered by AkoComment 3.0